前坪水库土石坝天然砂砾石填筑质量控制

周腾飞 ，王新民，张 赛

（1.河南省前坪水库建设管理局，450000，郑州； 2.河南省农田水利水土保持技术推广站，450003，郑州）

前坪水库主坝采用黏土心墙砂砾(卵)石坝，上下游坝壳采用天然砂卵砾石， 坝顶长818.0 m， 最大坝高90.3 m，坝顶宽度10.0 m。 砂砾石填筑工程量约800 万m3。 砂砾石填筑设计标准：填筑料级配连续，填筑控制相对密度不小于0.8， 渗透系数不小于1×10-2cm/s。

一、坝壳填筑碾压实验

碾压实验是根据现场的施工机具及设计要求，在规划料场内对不同料种、碾压遍数作对比性实验。 核实天然砂卵砾石填筑标准的合理性及可行性，选定合理的施工参数。

1.明确试验目的

①针对不同区域砂砾石料（原级配料和扰动料两种）， 选定合理碾压参数。 ②优化天然砂卵砾石填筑工艺和控制措施,制定施工技术措施。

2.资源配置

（1）碾压试验人员配置

总负责人全面负责本次碾压试验相关工作。 质检员负责对试验进行全过程质量控制， 负责铺料厚度、碾压遍数控制等施工参数控制。 测量员负责放线、定位、铺料厚度检测等，及时整理测量数据。 试验员负责颗粒分析、相对密度等试验，保证实验数据准确性。 施工员负责试验现场人员及施工设备调配。 安全员负责试验现场的作业安全。

（2）机械、仪器配置

机械、仪器配置如表1、表2。

表1 施工机械配置表

表2 试验仪器配置表

3.试验检测工作

碾压试验依据中国水利水电科学研究院针对坝壳砂砾料填筑《前坪水库筑坝砂砾料现场碾压试验研究成果验收意见》和《前坪水库筑坝砂砾料原级配现场大型相对密度试验成果验收意见》，参照对比表3、表4进行查询对应的最大干密度、最小干密度作为控制参数。

4.碾压试验场地规划

碾压试验区布置在开阔地段，以每种料区天然砂卵砾石料分别进行3 个不同碾压遍数的碾压试验（铺料厚度80 cm），每一碾压遍数试验区长10 m、宽6 m。 不同区域之间留出2 m过渡带。

5.碾压试验参数组合

碾压试验参数如表5。

6.碾压试验施工工艺

碾压试验施工工艺流程见图1。

7.碾压试验成果分析

依据现场颗粒分析中的P5含量，参照表3、表4，根据内差法计算其对应的最大干密度、最小干密度，计算其相对密度。

（1）扰动料（铺料厚度 80cm）

静 2 动 6，共取样 6 组，相对密度检测值范围 0.75～0.86， 平均值 0.83，检测合格率 83.3%；静 2 动8，共取样6 组， 相对密度检测值范围 0.89～0.95，平均值0.92，检测合格率100%；静 2 动 10，共取样 6 组，相对密度检测值范围 0.94～0.99， 平均值 0.96，检测合格率100%。

（2）原级配料（铺料厚度 80cm）

静 2 动 6，共取样 6 组，相对密度检测值范围 0.74～0.84， 平均值 0.80，检测合格率 66.7%；静 2 动 8，共取样 6组， 相对密度检测值范围0.87～0.98，平均值0.91，检测合格率 100%；静 2动10，共取样6 组，相对密度检测值范围 0.95～1.00，平均值 0.97，检测合格率100%。

8.试验结论

（1）扰动料（铺料厚度 80cm）

26t 振动碾静压 2 遍，动压 6 遍，依据相对密度检测数值，合格率不满足规范要求；26t 振动碾静压2 遍，动压8 遍，或26t 振动碾静压 2 遍，动压10 遍，依据相对密度检测数值，结果满足设计及规范要求。

（2）原级配料（铺料厚度80 cm）

26t 振动碾静压 2 遍，动压 6 遍，依据相对密度检测数值，合格率不满足规范要求；26t 振动碾静压2 遍，动压 8 遍，或 26t 振动碾静压 2 遍，动压10 遍，依据相对密度检测数值，结果满足设计及规范要求。

根据试验成果分析，结合工地现场施工条件，选定碾压施工参数如表6。

表3 原定代表性级配包线（最大粒径200mm）相对密度试验结果及不同含砾量在相对密度为0.8 和0.75 时所对应的干密度 （单位：g/cm3）

表4 现场碾压试验砂砾料全级配（最大粒径400mm）相对密度试验结果及不同含砾量在相对密度为0.8 和0.75 时所对应的干密度 （单位：g/cm3）

表5 碾压试验参数表

表6 砂砾石填筑碾压施工参数表

图1 碾压试验工艺流程

二、天然砂卵砾石开挖运输质量控制

天然砂卵砾石料的开采与运输是坝壳回填前的第一道质量关，天然砂卵砾石源的质量好坏，直接影响整个坝壳回填质量的等级，因此挖运合规和符合质量要求的天然砂卵砾石料为填筑质量控制重点。 为避免不合格料上坝采用以下措施：

1.天然砂卵砾石料挖装控制措施

砂砾石料挖装由料场管理人员指挥挖装，挖装符合规格和质量要求的填筑料，严禁将超径石等不合格的石料装运。 同时，要求试验室人员及时对料源进行鉴别，及时通知料场管理人员不得挖装不合格的填料。 在现场挖装时料中不允许夹杂土块、泥、杂草、树木等杂质。

2.天然砂卵砾石料运输控制措施

运输使用车辆要固定，坝壳入口设置冲洗站，冲洗车厢和轮胎上的泥土，防止带入填筑区；回填区域入口设置填筑料检查站，现场管理人员对来料检查，不合格料不允许进入填筑作业面。 基面或填筑面验收合格后，在铺料前划出料区分界线，摆放料区标识牌，设专人指挥倾卸地点。

3.天然砂卵砾石料卸料控制措施

单元作业面上设2～3 人手持红、绿旗指挥卸料，卸料指挥员未发出卸料信号，运输车司机不得随意卸料。

三、砂砾石料的碾压质量控制

施工前明确各工序负责人，对所有管理人员进行技术交底，确保其熟悉天然砂卵砾石填筑碾工艺流程:测量放样→卸料→铺料→平料→洒水→碾压→质检， 以及各项施工工艺、施工参数和质量指标，严格执行工艺流程，控制现场砂砾石碾压质量。

1.注意事项

①坝体内修建的临时坝内道路材料按所经各区的要求填筑。 对坝内道路边缘松动或分离的填料，按所在料区填料碾压要求与新填料一起重新进行碾压。 ②砂砾料坝壳在铺筑护坡垫层料之前， 按设计断面进行整坡。 ③施工时振动碾的选型与碾压试验一致， 设备应经常维护与保养，保证设备处于良好的受控状态。 碾压作业严格按照碾压试验确定的行走速度、碾压遍数等施工参数进行，施工中安排专人负责机械指挥， 保证压实遍数及碾压搭接宽度。 ④现场测量基线、水准点、控制点及有关标志均进行定期复测检验，并保存好原始记录。

2.铺料控制

①填筑料运至工作面后采用推土机摊铺，按批准的砂砾石料碾压实验成果确定的参数进行控制。 铺料时需层厚均匀、表面平整，防止粗细颗粒分离。 靠近岸边地带填筑， 人工配合推土机进行，边卸料边平整，尽量使填料掺和均匀，保证不出现架空现象。

②卸料高度不宜过大， 以防分离。 已分离的，现场管理人员指挥将其混合均匀。

③在铺料过程中， 出现超径石时，由现场管理人员指挥推土机剔出推至填筑面前方20m 之外，并由装载机运至坝面上指定地点集中堆放，用于坝坡雷诺护垫的砌筑。

④填筑料厚度控制：根据各区层厚，采用“贴饼法”进行厚度控制，在距填筑面前沿4～6 m 距离设置标准厚度的 “贴饼”， 同时测量人员利用GPS 随时测量填筑料厚度与平整度，避免超厚或过薄。 如果超厚，必须用推土机将超厚部分推薄，然后进行碾压。 推土机平料时，从料堆一侧开始推料，推进方向平行于坝轴线。

3.碾压控制

①填筑碾压分段分层，上下层的分段接缝位置错开， 分段碾压时，搭接宽度不应小于0.5 m； 垂直轴线方向1～1.5 m。振动碾压实作业。施工中安排专人负责机械指挥，保证压实遍数静压2 遍、强压8 遍及碾压搭接宽度。 用进退错距法，搭接宽度大于20 cm。 砂砾石填筑区碾压主要采用26 t振动碾， 机械碾压时控制行车速度，控制在4 km/h 以内，振动碾的行驶方向平行于坝轴线。 个别部位填料因大型振动碾不便作业， 采用小型碾压、压实设备进行碾压、夯实。

②坝壳料接缝处理：对沿轴线方向（横向坡）接合部位采用推土机削坡， 坡度不陡于 1∶3； 垂直轴线方向（纵向坡）接合部，由于接缝处坡面临空，振动碾距坡面边缘留有0.5～0.8 m的安全距离,优先选用台阶收坡法,在先期铺料时, 每层预留1～1.5 m 的平台,新填料松坡接触,碾辊骑缝碾压不需做削坡处理。

③岸边地形突变或边角振动碾碾压不到的局部地带，采用薄层铺筑细料，采用10 t 液压夯实器进行夯实。

4.质量检验控制

①在料场及现场填筑施工中，专职质检人员进行监督指导。 料中不允许混杂黏土、草、木等杂质，级配和粒径要求符合有关规定。外观不合格的上坝料由专职质检员检测，确认不合格后立即清理出现场，并做出相应记录。

②每层碾压结束后， 进行现场取样检验，取样采取灌水法。 各项指标达到设计要求合格后再进行上层填筑。取样时严格按规范及试验规程规定的取样程序和频率进行， 同时重点抽查接缝、接合面及边坡边线处等部位，发现不合格及时通知施工员补压或返工，只有在本层堤体取样合格方可进行下一层施工， 坝体压实检查次数为1 万～10万m3/次，且每单元取样不少于2 次。

③各段设立若干种类、数量标识牌，标识各填筑区当前的状态，如“该区验收合格”“该区正在碾压”“该区正在进料”等防止漏压、欠压和过压，便于质检员和监理工程师检查。

四、结 语

综上所述，前坪水库大坝砂砾石填筑各项质量控制指标均符合设计要求。